TRABAJO Título Ensayos sobre Instalaciones de Cables

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Título
Ensayos sobre Instalaciones de Cables Subterráneos de Alta
Tensión
Nº de Registro (Resumen)
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Empresa o Entidad
EDENOR S.A.
Nombre
Ruiz, Ignacio Manuel
Autores del Trabajo
País
Argentina
e-mail
iruiz@edenor.com
Medaglia, Leonardo Ariel
Argentina
amedaglia@edenor.com
Villafañe, Alvaro Ramon
Argentina
avillafane@edenor.com
Beitone, Luis Blas
Argentina
lbeitone@edenor.com
Palabras Clave
Ensayos – cables alta tensión – VLF – Descargas parciales
1. OBJETO
El objeto del trabajo es transmitir la
experiencia adquirida en la instalación de
más de 140 km de cables subterráneos
de alta tensión de 132 kV y 220 kV.
En los distintos sistemas de cables
instalados, a lo largo de los años, se han
realizado diferentes ensayos acorde con
el avance tecnológico y con la factibilidad
de cada uno.
El objeto del trabajo es describir los
distintos tipos de ensayos realizados, ya
sea sobre los componentes, en su
recepción, sobre parte de la instalación, o
sobre la instalación completa una vez
terminada y previo a su puesta en
servicio.
2. INTRODUCCION
La confiabilidad de una nueva instalación
de cable subterráneo de alta tensión está
dada por la calidad de sus materiales y
por la calidad en la ejecución de las
obras.
A fin de optimizar la confiabilidad de la
instalación, es importante considerar
todos los componentes y etapas de la
instalación de los mismos. Se destacan
tres aspectos importantes a considerar:
-
Todos los componentes que se
utilizan deben estar debidamente
homologados para la prestación que
brindaran durante su vida útil, por tal
motivo siempre se debe requerir los
ensayos
que
garanticen
lo
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anteriormente mencionado. Debe
verificarse
el
diseño
de
los
componentes.
-
No obstante lo anterior, la correcta
selección y diseño del cable y los
accesorios no es suficiente para
garantizar la calidad de fabricación
de los mismos y por tal motivo,
previo a la instalación se debe
asegurar que los componentes a
utilizar no presentan defectos de
fabricación.
Si bien muchas normas especifican
inspecciones por muestreo, algunos
fabricantes optan por ensayar y verificar
la correcta calidad del 100 % de la
producción,
esto
es
altamente
recomendado por el riesgo que presenta
la utilización de materiales defectuosos.
Una vez verificada la calidad de los
materiales a utilizar, puede comenzarse
la instalación de los mismos.
4. DESARROLLO DE LAS OBRAS
-
Por último, una vez instalados todos
los componentes debe verificarse
que no se produjeron errores durante
respectivo montaje.
Con estas verificaciones se reduce al
mínimo el riesgo de una eventual falla en
el circuito y se aumenta la confiabilidad
de la instalación.
3. ENSAYOS DE MATERIALES
Durante el desarrollo de las obras civiles,
tendido de conductores y montaje de
accesorios
deben
extremarse
los
recaudos para no dañar los materiales a
instalar.
La utilización de instalaciones en ductos
permite reducir notablemente el impacto
ambiental durante la ejecución de las
obras y, por otro lado, brinda una muy
buena protección mecánica al cable
(Figura 1).
Todos los componentes del nuevo
circuito a instalar deben tener diseños
aprobados y verificados con sus
correspondientes ensayos de tipo según
normas IEEE 404, IEEE 48 o IEC 60840,
IEC 62057, etc. Esto incluye el cable, los
empalmes, los terminales y todo
elemento crítico que pueda comprometer
continuidad del servicio o la vida útil de la
instalación.
Para la recepción de los materiales, se
realizan los ensayos de recepción
descriptos en las normas IEEE o IEC
nombradas
anteriormente.
Estos
ensayos incluyen:
-
-
Para el cable: Inspección visual,
ensayos dimensionales, ensayos de
descargas parciales y prueba de
tensión.
Para los empalmes y/o terminales:
Inspección
visual,
ensayo
de
descargas parciales y prueba de
tensión.
Figura 1
El primer aspecto a considerar al utilizar
ductos para la instalación de cables, es
el diseño y selección del diámetro de los
caños. A fin de evitar daños en el cable
se recomienda que el diámetro del caño
sea de al menos el doble del diámetro
del cable.
Del mismo modo, debe verificarse que el
ducto fue construido correctamente antes
del tendido de los cables. Por tal motivo
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se realiza el mandrilado y cepillado de la
instalación. Para tal fin de utiliza un
mandril
cuyo
diámetro
es
aproximadamente el 90 % del diámetro
interno del cañero (Figura 2). Este
mandrilado es de suma importancia para
verificar que la cañería no está obstruida
ni con residuos de la obra civil que
puedan dañar al cable. Se recomienda
realizar este mandrilado dos veces, una
vez, a medida que se va construyendo el
ducto y otra previo al tendido de los
cables en el tramo completo entre fosas
de empalmes.
Es de suma importancia garantizar la
correcta aislación de vaina en sistemas
de puesta a tierra con seccionamiento de
pantalla o de puesta a tierra en un
extremo. Cualquier daño de aislación de
la misma, o en los cables de puesta a
tierra provocaría una reducción en la
potencia admisible de la instalación que
si no es detectado llevaría a un
sobrecalentamiento del cable.
En instalaciones con sistema de puesta a
tierra con transposición de pantallas se
realiza una segunda prueba de vainas,
similar a la anterior, posteriormente al
montaje de los empalmes, aplicando
tensión desde las cajas de puesta a tierra
y verificando la aislación completa del
ciclo de transposición.
5. PUESTA EN SERVICIO
Figura 2
Si bien todos los materiales se ensayan
antes de ser instalados, y se verifican
todas las condiciones de seguridad
durante su respectivo montaje, es
necesario probar la instalación en forma
completa antes de su puesta en servicio
También
deben
seguirse
ciertos
recaudos a la hora de realizar el tendido
de los cables. En todo momento debe
verificarse que no se supere la tensión
admisible del conductor y las velocidades
máximas según el tipo de conductor. Es
importante la correcta utilización de
rodillos y empujadores para no dañar la
vaina de los cables.
Debido al riesgo que presenta conectar
un nuevo circuito al sistema eléctrico,
deben tomarse todos los recaudos para
asegurar el correcto funcionamiento del
mismo. Es necesario que todos los
ensayos previos a la puesta en servicio
se realicen con fuentes externas
independientes, para no comprometer la
continuidad
del
servicio
de
las
instalaciones existentes.
Finalizado el tendido de cada fase de
cada tramo se realiza una prueba de
vaina según norma IEC 60229, que
consiste en aplicar 10 kV de tensión
continua a la vaina metálica del cable
durante 1 minuto. Esta prueba garantiza
que el cable no se daño durante el
tendido. No obstante, es recomendable
repetir esta prueba en el momento previo
al montaje de los empalmes y/o
terminales.
En referencia a estos ensayos, previos a
la puesta en servicio, se analizan tres
alternativas posibles para la prueba de
tensión:
Ensayos a muy baja frecuencia (VLF
– Very Low Frecuency).
- Ensayo con equipo resonante a
frecuencia industrial
- Ensayo en corriente continua.
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5.1 Ensayo a baja frecuencia
Consiste
en
aplicar
a
los
conductores de potencia una tensión
de 1,5 Uo, de una frecuencia del
orden de 0,01 Hz, durante 15
minutos. Esta prueba, si bien es en
baja frecuencia, no produce los
efectos de la tensión continua.
Adicionalmente,
el
nivel
de
frecuencia hace que la impedancia
del cable sea lo suficientemente
elevada para reducir la potencia
necesaria del equipo de medición.
Recordemos que el equipo debe
tener
su
propia
fuente
de
alimentación. El equipo de medición
para este caso es de dimensiones
reducidas, apto para transportarse
en vehículos medianos (Figura 3).
Figura 3
5.2 Ensayo con equipo resonante a
frecuencia industrial
En este caso, la prueba de tensión
se hace con niveles de tensiones y
tiempos similares al caso anterior,
pero a frecuencias similares a las
del servicio (20 a 300 Hz). En
función de la longitud del cable, se
regula la frecuencia y la impedancia
de un reactor para logra la
resonancia del circuito y de este
modo reducir al mínimo la potencia
necesaria para el ensayo. El equipo
de medición para ese tipo de ensayo
es
de
grandes
dimensiones,
transportable únicamente con un
semirremolque (Figura 4).
Figura 4
5.3 Ensayo en corriente continua
Consiste
en
aplicar
a
los
conductores de potencia una tensión
continua de 1,7 Uo durante 5
minutos. El equipo de medición no
requiere gran potencia y por lo tanto
sus
dimensiones
lo
hacen
transportables
con
vehículos
medianos.
El ensayo con tensión continua es el
más antiguo de los tres y el que se
realizaba en forma estandarizada en
todas las pruebas de las nuevas
instalaciones. En la actualidad, con
los estudios técnicos realizados
sobre los efectos de la tensión
continua sobre el XLPE, ha dejado
de ser utilizado, y no es
recomendable por el envejecimiento
prematuro que le generan a la
aislación.
Ademas,
no
es
representativo de las condiciones de
funcionamiento del cable
En función de lo anteriormente
mencionado, surge la necesidad de
desarrollar nuevas técnicas de
ensayos y de estas se destacan las
dos mencionadas.
En las instalaciones construidas se han
realizado experiencias con ambas
técnicas (baja frecuencia y equipo
resonante a frecuencia industrial). Si bien
el ensayo con equipo resonante es el que
somete al cable a una solicitación muy
similar a la que va a sufrir durante su
servicio, se ha determinado que el
ensayo
con
baja
frecuencia
es
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operativamente más conveniente. Las
reducidas dimensiones del equipo lo
hacen apto para realizar el ensayo aun
en las subestaciones más pequeñas
donde no se dispone de espacio para el
emplazamiento de equipos.
Cabe destacar que los resultados
obtenidos del ensayo en baja frecuencia
deben ser analizados minuciosamente ya
que no representan exactamente las
condiciones de servicio del cable.
Una vez superada la prueba de tensión
descripta, se pone el cable bajo tensión
durante 24 hs, y superado este periodo
se pone el cable en servicio.
Adicionalmente a los ensayos anteriores
que condicionan la puesta en servicio de
la instalación, se realizan las siguientes
mediciones que son útiles para realizar
simulaciones y diagnósticos de la
instalación:
-
Medición de descargas parciales.
Medición de impedancias directa.
Medición impedancia homopolar
La medición de descargas parciales es
un ensayo de diagnostico. Se puede
realizar en forma conjunta con el ensayo
de baja frecuencia. En primer lugar se
hace una reflectometría diferencial de
conductores, en donde a través de el
envío y recepción de una señal se
detectan los cambios de impedancia a lo
largo de la longitud del cable, se detectan
empalmes, curvas zonas de mayor
profundidad, etc. Con esta primera etapa,
en función de la forma de la señal,
pueden
detectarse
problemas
de
aislación o de identación en los
empalmes. Posteriormente, con la
aplicación de la tensión de prueba, se
miden las descargas parciales con un
equipo capaz de discriminar las mismas
en función de la progresiva en longitud
del cable. Luego se cruzan los resultados
de ambas mediciones y se hace una
curva que representa la situación inicial
del cable en forma completa (Figura 5)
Figura 5
La medición de impedancias es un
ensayo que sirve para conocer con
certeza los parámetros reales de la
instalación. Para medir la impedancia
directa se aplica una tensión trifásica
(baja tensión) a los tres conductores que
se conectan a tierra en el otro extremo
(Figura 6). Se eleva la tensión hasta
alcanzar una corriente del al menos un
30 % de la corriente nominal del cable y
se mide la tensión alcanzada y la
corriente consecuente. La impedancia
estará determinada por el cociente de
estos valores.
Figura 6
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Para la medición de la impedancia
homopolar, el procedimiento es similar al
anterior, con la diferencia que a las tres
fases se le aplica una tensión homopolar.
El parámetro obtenido es útil para el
calculo de corrientes de cortocircuito.
Por último, en el caso se instalaciones
con sistema de puesta a tierra con
transposición de pantallas se realiza un
verificación de la correcta compensación
de corrientes en las pantallas. Para esto
se inyecta una corriente en los
conductores de potencia y se mide en las
cajas de transposición (Figura 7) la
corriente inducida en las pantallas. Luego
se extrapolan los valores para la
corriente nominal del cable y se verifica
que los valores de corrientes en las
pantallas estén dentro de los valores
asumidos en el diseño de la instalación.
Para completar la verificación se realiza
una transposición incorrecta en una de
las cajas y se repite el ensayo. Se busca
en esta prueba ver que la corriente
inducida es muy superior a la anterior.
Las pruebas previas a la puesta en
servicio son de suma importancia para
poder poner el cable bajo servicio. Del
igual modo, las pruebas de diagnostico,
verificaciones de parámetros o del
correcto funcionamiento del sistema de
puesta a tierra son importantes para
garantizar el correcto funcionamiento de
la instalación durante su vida útil. Estas
últimas
pruebas
deben
repetirse
periódicamente para no sobreexigir el
cable a una potencia mayor a la que su
límite térmico admite.
Figura 7
6. CONCLUSIONES
subterráneos y en sus accesorios a lo
largo de todas las etapas, desde su
fabricación hasta la puesta en servicio.
Se plantean distintas variantes y
recomendaciones según el tipo de
puesta a tierra que se haya adoptado
para la instalación.
En todos los casos se destaca la
importancia de garantizar el correcto
funcionamiento
de
todos
los
componentes del sistema en forma
individual y en su conjunto.
El proceso de verificaciones es un
proceso continuo y debe seguirse
durante la vida útil del cable.
7. BIBLIOGRAFIA
-
IEC-60840 – Power Cables with
extruded
insulation
and
their
accesories for rated voltages above
30 Kv (Um = 36 Kv) up to 150 Kv
(Um = 170Kv) Test methods and
requirements.
-
IEC-62067- Power Cables with
extruded
insulation
and
their
accesories for rated voltages above
150Kv (Um = 170 Kv) up to 500Kv
(Um = 550 Kv) – Test methods and
requirements.
-
IEC-60229 – Electric Cables Test on
extruded oversheaths with a special
protective function.
IEEE-400 – IEEE Guide for Field
Testing of Shielded Power Cable
Systems Using Very Low Frequency
(VLF).
-
-
IEEE-404 – IEEE Standar for
Extruded and Laminated Dielectric
Shielded Cable Joints Rated 2500 V
to 500 Kv.
-
IEEE-48 – IEEE Standar Test
Procedures and Requirements for
Alternating
Current
Cable
Terminations 2.5 Kv Through 765 Kv.
Se han analizado los distintos tipos de
ensayos a realizar en los cables
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